KR20130045572A - 세라믹 기판 소성 장치 및 이를 이용한 세라믹 기판 소성 방법 - Google Patents

세라믹 기판 소성 장치 및 이를 이용한 세라믹 기판 소성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세라믹 기판 소성 장치 및 이를 이용한 세라믹 기판 소성 방법에 관한 것으로, 본 발명은 소성 세터; 상기 소성 세터의 주변에 배치되며, 상기 소성 세터의 두께보다 큰 두께를 갖는 미소성 세라믹 지주; 및 상기 소성 세터와 일정 간격을 형성하며, 상기 미소성 세라믹 지주 상에 배치되는 세라믹 기판;을 포함하는 세라믹 기판 소성 장치 및 이를 이용한 세라믹 기판 소성 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 세라믹 기판보다 수축율이 큰 세라믹 지주와 소성 가압판을 사용하여 대형 세라믹 기판을 가압 소성함으로써 휨 없이 소성할 수 있다.

Description

세라믹 기판 소성 장치 및 이를 이용한 세라믹 기판 소성 방법{A device for sintering a ceramic board and a method of sintering a ceramic board by using the same}
본 발명은 세라믹 기판 소성 장치 및 이를 이용한 세라믹 기판 소성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대형 세라믹 기판의 탈바인더를 원활하게 할 수 있는 세라믹 기판 소성 장치 및 이를 이용한 세라믹 기판 소성 방법을 제공한다.
최근, 전자부품 영역에 있어서 점차 소형화 추세가 강화, 지속됨에 따라 전자부품의 정밀화, 미세 패턴화 및 박막화를 통한 소형 모듈 및 기판이 개발되고 있다.
그러나, 통상 사용되는 인쇄회로기판(Printed circuit board, PCB)을 소형화된 전자부품에 이용할 경우, 사이즈의 소형화, 고주파 영역에서의 신호손실 및 고온 고습시의 신뢰성 저하와 같은 단점이 발생하였다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 PCB 기판이 아닌, 세라믹 및 글라스를 이용한 기판이 사용되고 있다.
세라믹-글래스를 이용한 다층 세라믹 기판은 3차원 구조의 회로 구현 및 캐비티(cavity)의 형성이 가능하므로, 높은 설계 유연성을 가지며, 다양한 기능의 소자를 내장할 수 있다.
또한, 희생 구속층 등을 사용하여 평면 방향 무수축 소성이 가능한 장점이 있어, 치수 정밀도가 향상된 대면적 기판 등으로 응용이 확대되어 품질 및 생산 효율을 높이려는 연구가 계속되고 있다.
그러나, 대면적 기판은 포함된 바인더의 양 자체가 많을 뿐 아니라, 기판 내부의 바인더가 밖으로 빠져나오기 어렵고 기판 무게에 의해 기판 하부가 세터와 밀착되어 탈바인더를 위한 통로가 부족한 문제가 있다.
탈바인더가 충분히 일어나지 못하면 소성 시 기판에 크랙이 발생할 수 있고, 불균일 수축에 의해 기판이 변형되기 쉽다.
따라서, 대면적 기판의 소성 시 탈바인더가 원활하게 진행될 수 있도록 하는 공법이 요구되는 실정이다.
본 발명은 대형 세라믹 기판의 탈바인더를 원활하게 할 수 있는 세라믹 기판 소성 장치 및 이를 이용한 세라믹 기판 소성 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태는 소성 세터; 상기 소성 세터의 주변에 배치되며, 상기 소성 세터의 두께보다 큰 두께를 갖는 미소성 세라믹 지주; 및 상기 소성 세터와 일정 간격을 형성하며, 상기 미소성 세라믹 지주 상에 배치되는 세라믹 기판;을 포함하는 세라믹 기판 소성 장치를 제공한다.
상기 미소성 세라믹 지주는 가소 공정 단계에서 상기 소성 세터의 두께보다 더 큰 두께를 가지며, 소성 공정 단계에서 상기 소성 세터의 두께보다 더 작은 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 세라믹 기판은 가소 공정 단계에서 상기 소성 세터와 서로 이격되어 있으며, 소성 공정 단계에서 상기 소성 세터와 접할 수 있다.
상기 가소 공정 단계는 500℃ 미만의 온도 범위에서 수행될 수 있으며, 상기 소성 공정 단계는 500℃ 이상의 온도 범위에서 수행될 수 있다.
상기 미소성 세라믹 지주는 상기 세라믹 기판과 동일한 재질일 수 있으며, 상기 미소성 세라믹 지주는 상기 세라믹 기판보다 융점이 낮은 재질일 수 있다.
상기 미소성 세라믹 지주는 저온 소성을 유발하는 촉매 및 글라스로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 미소성 세라믹 지주는 난소결성 분말층을 포함할 수 있다.
상기 난소결성 분말층은 상기 미소성 세라믹 지주의 상하면에 배치될 수 있으며, 상기 미소성 세라믹 지주의 상하면 및 중간에 배치될 수 있다.
상기 미소성 세라믹 지주는 두께 방향 수축율이 15% 이상일 수 있으며, 상기 소성 세터는 기공율이 10% 이하일 수 있다.
상기 세라믹 기판 소성 장치는 상기 소성 세터의 하부에 배치되며, 상기 소성 세터보다 큰 면적을 가지는 소성 세터를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시형태는 소성 세터 및 세라믹 기판을 마련하는 단계; 상기 소성 세터의 두께보다 두께가 큰 미소성 세라믹 지주를 마련하는 단계; 상기 소성 세터의 주변에 상기 세라믹 기판과 상기 소성 세터가 일정 간격을 갖도록 상기 미소성 세라믹 지주를 위치시키는 단계; 및 상기 세라믹 기판을 상기 미소성 세라믹 지주 상부에 위치시키는 단계;를 포함하는 세라믹 기판 소성 방법을 제공한다.
상기 미소성 세라믹 지주는 가소 공정 단계에서 상기 소성 세터의 두께보다 더 큰 두께를 가지며, 소성 공정 단계에서 상기 소성 세터의 두께보다 더 작은 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 세라믹 기판은 가소 공정 단계에서 상기 소성 세터와 서로 이격되어 있으며, 소성 공정 단계에서 상기 소성 세터와 접할 수 있다.
상기 가소 공정 단계는 500℃ 미만의 온도 범위에서 수행될 수 있으며, 상기 소성 공정 단계는 500℃ 이상의 온도 범위에서 수행될 수 있다.
상기 미소성 세라믹 지주는 상기 세라믹 기판과 동일한 재질일 수 있으며, 상기 미소성 세라믹 지주는 상기 세라믹 기판보다 융점이 낮은 재질일 수 있다.
상기 미소성 세라믹 지주는 저온 소성을 유발하는 촉매 및 글라스로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 미소성 세라믹 지주는 난소결성 분말층을 포함할 수 있다.
상기 난소결성 분말층은 상기 미소성 세라믹 지주의 상하면에 배치될 수 있으며, 상기 미소성 세라믹 지주의 상하면 및 중간에 배치될 수 있다.
상기 미소성 세라믹 지주는 두께 방향 수축율이 15% 이상일 수 있으며, 상기 소성 세터는 기공율이 10% 이하일 수 있다.
상기 세라믹 기판 소성 장치는 상기 소성 세터의 하부에 배치되며, 상기 소성 세터보다 큰 면적을 가지는 소성 세터를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 대면적의 두꺼운 세라믹 기판의 소성 시 상하 및 좌우 전면을 통해 탈바인더가 가능하므로 세라믹 기판의 소성 후 품질이 향상될 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 소성 전에는 세라믹 기판의 하부와 소성 세터가 접촉하지 않도록 하여 가소 시 탈바인더의 통로를 확보하고, 소성 과정에서는 소성 지주가 소성 세터보다 높이가 낮아짐으로써 세라믹 기판이 소성 세터 위에 안착된 채 소결되도록 함으로써, 세라믹 기판의 품질이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 세라믹 기판 소성 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 세라믹 기판 소성 장치 중 미소성 세라믹 지주를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 세라믹 기판 소성 공정 중 가소 공정을 나타내는 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 세라믹 기판 소성 공정 중 소성 공정을 나타내는 단면도이다.
도 4은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 세라믹 기판 소성 공정의 플로우 차트이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시형태에 따른 세라믹 기판 소성 장치의 배치도이다.
본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 세라믹 기판 소성 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 세라믹 기판 소성 장치 중 미소성 세라믹 지주를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 세라믹 기판 소성용 장치(10)는 소성 세터(1); 상기 소성 세터(1)의 주변에 배치되며, 상기 소성 세터(1)의 두께보다 큰 두께를 갖는 미소성 세라믹 지주(3); 및 상기 소성 세터(1)와 일정 간격을 형성하며, 상기 미소성 세라믹 지주(3) 상에 배치되는 세라믹 기판(2);을 포함할 수 있다.
종래 세라믹-글래스를 이용한 대면적 다층 세라믹 기판은 소성 시 기판의 불균일 수축에 의해 기판이 변형되기 쉽다는 문제점이 있었다.
상기의 문제점은 대면적 기판이 많은 양의 바인더를 포함하고 있으며, 기판 내부의 바인더가 밖으로 빠져나오기 어렵고 기판 무게에 의해 기판 하부가 세터와 밀착되어 탈바인더를 위한 통로가 부족하여 더 심해질 수 있었다.
이를 개선하기 위해, 다층 세라믹 기판을 표리면을 관통하는 관통공이 다수 개 형성되어 있는 다공질 세라믹 소성체 사이에 끼워 소성하는 방법이 사용되었다.
그러나, 상기의 방법으로 다층 세라믹 기판을 소성할 경우, 관통공의 형성에도 불구하고 세라믹 기판의 표면을 덮은 영역이 15 내지 70% 정도 존재하므로 탈바인더를 방해하게 되며, 이는 세라믹 기판의 두께가 증가할수록 더 악화되었다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 세라믹 기판 소성용 장치(10)는 상기의 문제점을 해결하기 위해, 상기 소성 세터(1)의 주변에 배치되며, 상기 소성 세터(1)의 두께보다 큰 두께를 갖는 미소성 세라믹 지주(3)을 포함할 수 있다.
상기 미소성 세라믹 지주(3)의 두께가 상기 소성 세터(1)의 두께보다 크게 형성됨으로써, 상기 미소성 세라믹 지주(3)에 배치되는 세라믹 기판(2)은 가소 단계에서 상기 소성 세터(1)와 일정 간격을 형성할 수 있다.
즉, 상기 세라믹 기판(2)이 상기 소성 세터(1)와 접하지 않고, 일정 간격을 가짐으로써, 가소 단계에서 탈바인더 공정이 상기 세라믹 기판(2)의 좌측 및 우측뿐 아니라, 상하 전면을 통해 수행될 수 있다.
이로 인하여, 상기 세라믹 기판(2)의 탈바인더 공정이 원활히 수행되어, 상기 세라믹 기판의 소성 후 품질이 향상될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 가소 단계에서는 원활한 탈바인더 공정의 수행을 위해, 상기 세라믹 기판(2)이 상기 소성 세터(1)와 접하지 않고, 일정 간격을 가지나 소성 단계에서는 안정적인 소성을 위하여, 상기 세라믹 기판(2)은 상기 소성 세터(1) 상에 안착될 수 있다.
구체적으로, 상기 미소성 세라믹 지주(3)는 가소 공정 단계에서 상기 소성 세터(1)의 두께보다 더 큰 두께를 가지며, 소성 공정 단계에서 상기 소성 세터(1)의 두께보다 더 작은 두께를 가질 수 있다.
즉, 소성 단계에서 상기 세라믹 기판(2)이 상기 소성 세터(1) 상에 안착되도록 하기 위하여, 상기 미소성 세라믹 지주(3)는 상기 소성 세터(1)의 두께보다 더 작은 두께를 가질 수 있다.
상기 미소성 세라믹 지주(3)가 소성 공정 단계에서 상기 소성 세터(1)의 두께보다 더 작은 두께를 갖도록 하기 위하여, 상기 미소성 세라믹 지주(3)의 두께 방향 소성 수축률을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 미소성 세라믹 지주(3)의 두께 방향 소성 수축률을 조절하기 위하여, 상기 미소성 세라믹 지주(3)는 저온 소성을 유발하는 촉매 및 글라스로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 미소성 세라믹 지주(3)가 상기 저온 소성을 유발할 수 있는 촉매 및 저온동시 소성용 글라스로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함함으로써, 소성 공정 단계에서 상기 세라믹 기판(2)의 소성 전에 두께 방향 수축이 일어날 수 있다.
이로 인하여, 상기 미소성 세라믹 지주(3)의 두께가 상기 소성 세터(1)의 두께보다 작아져서, 상기 세라믹 기판(2)은 상기 소성 세터(1) 상부와 접하게 되어 안정적으로 소성이 진행될 수 있는 것이다.
또한, 상기 미소성 세라믹 지주(3)는 난소결성 분말층(3a)을 포함할 수 있다.
즉, 상기 미소성 세라믹 지주(3)는 저온 소성을 유발하는 촉매 및 글라스로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 세라믹 지주 몸체(3b)와 상기 난소결성 분말층(3a)을 포함할 수 있다.
상기 난소결성 분말층(3a)은 상기 세라믹 기판(2)의 소성 온도에서 소성되지 않는 분말로 이루어진 층이라면 특별히 제한되지 않는다.
도 2a를 참조하면, 상기 난소결성 분말층(3a)은 상기 미소성 세라믹 지주(3)의 상하면에 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 난소결성 분말층(3a)이 상기 미소성 세라믹 지주(3)의 상하면에 배치됨으로써, 상기 세라믹 기판(2)의 소성 과정에서 상기 세라믹 지주(3)와 반응하지 않을 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 난소결성 분말층(3a)이 상기 미소성 세라믹 지주(3)의 상하면에 배치됨으로써, 상기 미소성 세라믹 지주(3)는 두께 방향 수축율이 15% 이상일 수 있다.
이로써, 소성 공정 단계에서 상기 미소성 세라믹 지주(3)의 두께가 상기 소성 세터(1)의 두께보다 작아져서, 상기 세라믹 기판(2)은 상기 소성 세터(1) 상부와 접하게 되어 안정적으로 소성이 진행될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 상기 난소결성 분말층(3a)은 상기 미소성 세라믹 지주(3)의 상하면 및 중간에 배치될 수 있다.
상기 난소결성 분말층(3a)이 상기 미소성 세라믹 지주(3)의 상하면 뿐만 아니라 중간에도 배치되도록 함으로써, 상기 미소성 세라믹 지주(3)의 두께 방향 수축률은 더욱 커질 수 있으며, 예를 들어 37%에 이를 수 있다.
상기와 같이, 상기 미소성 세라믹 지주(3)의 두께 방향 수축률이 더욱 커질 경우 소성 전단계에서 상기 미소성 세라믹 지주(3)의 두께를 더욱 크게 할 수 있어 상기 세라믹 기판(2) 하부의 탈바인더 통로를 더욱 확보할 수 있다.
즉, 상기 세라믹 기판(2)의 탈바인더가 더욱 원활히 수행됨으로써, 대면적의 세라믹 기판의 소성 후 품질을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 소성 세터(1)는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 기공율이 10% 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 가소 공정 단계에서 상기 세라믹 기판(2)이 상기 소성 세터(1)와 접하지 않고, 일정 간격을 가지므로, 탈바인더 공정이 상기 세라믹 기판(2)의 좌측 및 우측뿐 아니라, 상하 전면을 통해 수행될 수 있다.
이로 인하여, 상기 소성 세터(1)의 기공율이 10% 이하인 경우에도 상기 세라믹 기판(2)의 탈바인더 공정이 원활히 수행되어, 상기 세라믹 기판의 소성 후 품질이 향상될 수 있다.
상기 세라믹 기판 소성 장치(10)는 상기 소성 세터의 하부에 배치되며, 상기 소성 세터보다 큰 면적을 가지는 소성 세터(4)를 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 가소 공정 단계는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 500℃ 미만의 온도 범위에서 수행될 수 있으며, 상기 소성 공정 단계 역시 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 500℃ 이상의 온도 범위에서 수행될 수 있다.
상기 미소성 세라믹 지주(3)는 상기 세라믹 기판과 동일한 재질일 수 있으며, 수축율을 더욱 크게 하기 위하여 상기 세라믹 기판(2)보다 융점이 낮은 재질일 수 있다.
즉, 상기 미소성 세라믹 지주(3)는 상기 세라믹 기판(2)보다 소성 개시 온도가 낮은 성분으로서, 유리 전이 온도가 낮은 유리 성분을 포함함으로써, 상기 세라믹 기판(2)의 소성 전에 큰 수축율을 나타내며 수축이 일어날 수 있다.
이로써, 가소 공정 단계에서 이격되어 있던 상기 소성 세터(1)와 상기 세라믹 기판(3)은 서로 접하게 되고 상기 세라믹 기판(3)은 상기 소성 세터(1) 상에 안착되어 안정적으로 소성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 세라믹 기판은 원활한 탈바인더 공정을 거쳐 안정적으로 소성이 수행됨으로써, 기판의 불균일 수축에 의한 변형의 문제가 없어 품질 향상의 효과가 있다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 세라믹 기판 소성 공정 중 가소 공정을 나타내는 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 세라믹 기판 소성 공정 중 소성 공정을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 세라믹 기판 소성 공정의 플로우 차트이다.
도 3a, 도 3b 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 세라믹 기판의 소성방법은 소성 세터(1) 및 세라믹 기판(2)을 마련하는 단계; 상기 소성 세터(1)의 두께보다 두께가 큰 미소성 세라믹 지주(3)를 마련하는 단계; 상기 소성 세터(1)의 주변에 상기 세라믹 기판(2)과 상기 소성 세터(1)가 일정 간격을 갖도록 상기 미소성 세라믹 지주(3)를 위치시키는 단계; 및 상기 세라믹 기판(2)을 상기 미소성 세라믹 지주(3) 상부에 위치시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따른 세라믹 기판 소성방법은 우선 소성 세터(1) 및 세라믹 기판(2)을 마련할 수 있다.
상기 세라믹 기판(2)은 면적이 넓고 두꺼운 대형 저온 동시 소성용 세라믹 기판이며, 상기 소성 세터(1)는 특별히 제한되지 않으나, 기공율이 10% 이하일 수 있다.
다음으로, 상기 소성 세터(1)의 두께보다 두께가 큰 미소성 세라믹 지주(3)를 마련할 수 있다.
상기 미소성 세라믹 지주(3)는 세라믹 기판(2)과 동일한 재질로 마련할 수 있으며, 두께 수축율을 더욱 크게 하기 위하여 상기 세라믹 기판(2)보다 융점이 낮은 재질로 마련할 수 있다.
또한, 상기 미소성 세라믹 지주(3)는 소성 전 가소 공정에서 세라믹 기판(2)으로부터 탈바인더 통로를 확보하기 위하여 상기 소성 세터(1)의 두께보다 두꺼운 두께를 갖도록 마련될 수 있다.
다음으로, 상기 소성 세터(1)의 주변에 상기 세라믹 기판(2)과 상기 소성 세터(1)가 일정 간격을 갖도록 상기 미소성 세라믹 지주(3)를 위치시킬 수 있다.
상기 미소성 세라믹 지주(3)의 위치는 상기 소성 세터(1)의 주변이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 상기 소성 세터(1)의 각 모서리부에 각각 위치할 수 있다.
다음으로, 상기 세라믹 기판(2)을 상기 미소성 세라믹 지주(3) 상부에 위치시킬 수 있다.
이로써, 상기 소성 세터(1)는 그 주위에 위치하는 미소성 세라믹 지주(3)에 의해 그 상부에 있는 세라믹 기판(2)과 일정 간격으로 이격될 수 있다.
상기의 배치 상태에서, 가소 및 소성 공정이 진행될 수 있다.
가소 공정 동안은 소성 세터(1)보다 두께가 더 두꺼운 미소성 세라믹 지주(3)가 상기 소성 세터(1) 주변에 위치하고 있으므로, 상기 미소성 세라믹 지주(3) 상에 위치하는 세라믹 기판(2)과 상기 소성 세터(1)가 일정 간격으로 이격되어 있어, 가소 완료 구간인 500℃ 이전에는 세라믹 기판(2)의 탈바인더 통로를 충분히 확보하게 된다.
상기 가소 공정이 완료된 후 미소성 세라믹 지주(3)가 수축되어, 상기 소성 세터(1)의 두께보다 작게 됨으로써, 상기 세라믹 기판(2)은 상기 소성 세터(1) 상에 안착된 상태로 소성이 시작될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태인 세라믹 기판 소성 방법에 의해 소성된 세라믹 기판은 휨 없이 소성될 수 있다.
이하, 비교예 및 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니다.
하기의 표 1은 본 발명의 적용 결과를 비교하기 위한 실험의 조합 및 그 결과를 나타내고 있다.
실시예 1은 나소결성 분말층을 미소성 세라믹 지주 몸체의 상하면에만 배치하여 제작한 경우이고, 실시예 2는 난소결성 분말층을 미소성 세라믹 지주 몸체의 상하면 및 중간에 배치한 경우이다.

 소성전 지주 두께(mm)
 소성 후 지주 두께(mm)
 세라믹 지주의 두께방향 수축율(%)
 세라믹 지주 두께 - 소성 세터의 두께(mm)
소성 전 소성 후
실시예 1 3.5 2.98 15.0 0.5 -0.025
실시예 2 4.7 2.96 37.0 1.7 -0.039
상기 [표 1]을 참조하면, 수축 이방성을 높여 두께 방향 소성 수축율을 높인 실시예 2는 증가한 수축율만큼 소성 전 지주 두께를 늘릴 수 있으므로, 세라믹 기판 하부의 탈바인더 통로를 더욱 넓게 확보할 수 있다.
또한, 소성 후에는 실시예 1 및 2 모두 소성 세터보다 세라믹 지주의 두께가 낮아지므로 세라믹 기판이 소성 세터에 안착되어 소성이 진행될 수 있다.
하기의 표 2는 상기 표 1에 따른 본 발명의 적용 결과와 비교예를 비교하기 위한 실험의 조합 및 그 결과를 나타내고 있다.
실험 1은 가로X세로X두께가 250㎜×250㎜×2㎜인 세라믹 기판을 사용하였으며, 실험 2는 가로X세로X두께가 250㎜×250㎜×10㎜인 세라믹 기판을 사용하였다.
비교예 1 및 2는 기공율이 각각 10% 및 30%인 실리콘카바이드(SiC) 세터를 사용하여 종래 방식대로 소성하였으며, 실시예 1 및 2는 기공율이 10%인 실리콘카바이드(SiC) 세터를 사용하였다.

 실험 1
 실험 2
기판 잔탄량(ppm) 기판 곡강도(MPa) 기판 잔탄량(ppm) 기판 곡강도(MPa)
비교예 1 82 199 324 175
비교예 2 79 200 305 178
실시예 1 79 198 163 186
실시예 2 76 201 115 193
[표 2]를 참조하면, 실험 1에서 비교예와 실시예의 기판 잔탄량과 곡강도에 있어 큰 차이를 보이지 않음을 알 수 있다.
이는 기판의 두께가 비교적 얇아서 세라믹 기판 하부의 탈바인더 통로 여부에 관계없이 유사한 정도의 탈바인더 특성을 나타내었기 때문인 것으로 판단된다.
반면, 실험 2의 결과를 보면, 상기 기판 잔탄량 및 곡강도에 있어서 비교예와 실시예 사이에서 큰 차이를 보이고 있음을 알 수 있다.
미소성 세라믹 지주가 가소 완료 후까지 세라믹 기판을 소성 세터로부터 이격시켰기 때문에 탈바인더 통로를 확보함으로써, 비교예 1 및 2보다 잔탄량 및 곡강도에 있어 모두 개선된 값을 나타내고 있음을 알 수 있다.
특히, 비교예 2는 기공율이 30%인 실리콘카바이드(SiC) 세터를 사용하였음에도 실시예 1 및 2가 상기 비교예 2보다 잔탄량 및 곡강도에 있어 모두 개선된 값을 나타내고 있음을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 2는 실시예 1보다 미소성 세라믹 지주의 수축율이 높아 가소 구간에서 세라믹 기판과 소성 세터 사이의 간격이 더 클 수 있어서, 실시예 1보다 더 개선된 결과를 나타냄을 알 수 있다.
따라서 본 발명의 세라믹 지주에 의한 탈바인더 통로 확보 및 기판 평탄화 효과는 세라믹 기판이 두꺼울수록 더 효과적일 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시형태에 따른 세라믹 기판 소성용 장치의 배치도이다.
세라믹 지주(4)의 가로X세로X두께 및 그 배치 방법은 소성 세터(1) 및 세라믹 기판(2)의 크기에 따라 자유롭게 변경할 수 있으며, 그 몇 가지 예가 도 5a 내지 도 5c에 도시되어 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 세라믹 지주(4)는 소성 세터(1)의 각 변을 따라 각각 위치할 수 있으며, 도 5b에 도시된 바와 같이, 소성 세터(1)의 각 모서리부에 각각 위치할 수 있다.
또한, 도 5c에 도시된 바와 같이, 세라믹 지주(4)는 소성 세터(1)의 마주보는 변에 각각 위치할 수 있고, 둘 이상의 세라믹 기판(2)의 사이에 각각 하나가 더 위치할 수도 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1: 소성 세터 2: 세라믹 기판
3: 미소성 세라믹 지주 3a: 세라믹 지주 몸체
3b: 난소결성 분말층 4: 면적이 큰 소성 세터
10: 세라믹 기판 소성 장치

Claims (28)

  1. 소성 세터;
    상기 소성 세터의 주변에 배치되며, 상기 소성 세터의 두께보다 큰 두께를 갖는 미소성 세라믹 지주; 및
    상기 소성 세터와 일정 간격을 형성하며, 상기 미소성 세라믹 지주 상에 배치되는 세라믹 기판;
    을 포함하는 세라믹 기판 소성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미소성 세라믹 지주는 가소 공정 단계에서 상기 소성 세터의 두께보다 더 큰 두께를 가지며, 소성 공정 단계에서 상기 소성 세터의 두께보다 더 작은 두께를 갖는 세라믹 기판 소성 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 기판은 가소 공정 단계에서 상기 소성 세터와 서로 이격되어 있으며, 소성 공정 단계에서 상기 소성 세터와 접하는 세라믹 기판 소성 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 가소 공정 단계는 500℃ 미만의 온도 범위에서 수행되는 세라믹 기판 소성 장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 소성 공정 단계는 500℃ 이상의 온도 범위에서 수행되는 세라믹 기판 소성 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미소성 세라믹 지주는 상기 세라믹 기판과 동일한 재질인 세라믹 기판 소성 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 미소성 세라믹 지주는 상기 세라믹 기판보다 융점이 낮은 재질인 세라믹 기판 소성 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 미소성 세라믹 지주는 저온 소성을 유발하는 촉매 및 글라스로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 세라믹 기판 소성 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 미소성 세라믹 지주는 난소결성 분말층을 포함하는 세라믹 기판 소성 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 난소결성 분말층은 상기 미소성 세라믹 지주의 상하면에 배치되는 세라믹 기판 소성 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 난소결성 분말층은 상기 미소성 세라믹 지주의 상하면 및 중간에 배치되는 세라믹 기판 소성 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 미소성 세라믹 지주는 두께 방향 수축율이 15% 이상인 세라믹 기판 소성 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 소성 세터는 기공율이 10% 이하인 세라믹 기판 소성 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 소성 세터의 하부에 배치되며, 상기 소성 세터보다 큰 면적을 가지는 소성 세터를 더 포함하는 세라믹 기판 소성 장치.
  15. 소성 세터 및 세라믹 기판을 마련하는 단계;
    상기 소성 세터의 두께보다 두께가 큰 미소성 세라믹 지주를 마련하는 단계;
    상기 소성 세터의 주변에 상기 세라믹 기판과 상기 소성 세터가 일정 간격을 갖도록 상기 미소성 세라믹 지주를 위치시키는 단계; 및
    상기 세라믹 기판을 상기 미소성 세라믹 지주 상부에 위치시키는 단계;
    를 포함하는 세라믹 기판 소성 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 미소성 세라믹 지주는 가소 공정 단계에서 상기 소성 세터의 두께보다 더 큰 두께를 가지며, 소성 공정 단계에서 상기 소성 세터의 두께보다 더 작은 두께를 갖는 세라믹 기판 소성 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 세라믹 기판은 가소 공정 단계에서 상기 소성 세터와 서로 이격되어 있으며, 소성 공정 단계에서 상기 소성 세터와 접하는 세라믹 기판 소성 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 가소 공정 단계는 500℃ 미만의 온도 범위에서 수행되는 세라믹 기판 소성 방법.
  19. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 소성 공정 단계는 500℃ 이상의 온도 범위에서 수행되는 세라믹 기판 소성 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 미소성 세라믹 지주는 상기 세라믹 기판과 동일한 재질인 세라믹 기판 소성 방법.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 미소성 세라믹 지주는 상기 세라믹 기판보다 융점이 낮은 재질인 세라믹 기판 소성 방법.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 미소성 세라믹 지주는 저온 소성을 유발하는 촉매 및 글라스로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 세라믹 기판 소성 방법.
  23. 제15항에 있어서,
    상기 미소성 세라믹 지주는 난소결성 분말층을 포함하는 세라믹 기판 소성 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 난소결성 분말층은 상기 미소성 세라믹 지주의 상하면에 배치되는 세라믹 기판 소성 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 난소결성 분말층은 상기 미소성 세라믹 지주의 상하면 및 중간에 배치되는 세라믹 기판 소성 방법.
  26. 제15항에 있어서,
    상기 미소성 세라믹 지주는 두께 방향 수축율이 15% 이상인 세라믹 기판 소성 방법.
  27. 제15항에 있어서,
    상기 소성 세터는 기공율이 10% 이하인 세라믹 기판 소성 방법.
  28. 제15항에 있어서,
    상기 소성 세터의 하부에 배치되며, 상기 소성 세터보다 큰 면적을 가지는 소성 세터를 더 포함하는 세라믹 기판 소성 방법.
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